移動通信衛星

移動通信衛星的最大特點就是可以為移動用戶之間提供通信服務，如車輛、飛機、船舶、甚至個人的通信，而且具有覆蓋區域更廣、不受地理障礙約束和用戶運動限制等優勢，使光纖通信望塵莫及，所以越來越受到重視和歡迎。

基本介紹

• 中文名：移動通信衛星
• 外文名：Mobile communication satellite
• 特點：移動用戶之間提供通信服務
• 優勢：覆蓋區域更廣等
• 套用範圍：車輛、飛機的通信
• 開啟時間：1982年
• 開啟單位：國際移動衛星

簡介

隨著國際通信衛星的不斷發展，尤其自從1982年國際移動衛星正式提供商業服務以來，衛星移動通信引起了世界各國的濃厚興趣和極大的注意，並出現了全球個人通信業務。移動通信衛星與一般通信衛星相比有什麼不同呢?

分類

一種是和一般通信衛星一樣為地球靜止軌道。其典型代表是國際移動衛星3號，1998年我國抗洪時曾使用該星進行通信。但由於通信的距離遠、信號弱，地面設備較大，所以它一般只能用於船舶、飛機及車輛等大型移動用戶的通信。即使是先進的攜帶型地面終端，在通話之前，也先要找準國際移動衛星，通話時不能移動。不過，目前已研製出能為個人手機提供服務的地球靜止軌道移動通信衛星，2000年升空的“亞洲蜂窩系統”（ACeS）是頭一顆。

另一種就是低軌道移動通信衛星系統。它是在80年代後期才提出的構想，現已成為移動通信衛星發展的熱點。這是因為它的軌道低，一般在500~1500千米左右的高度上。這種低軌衛星由於信號的傳輸路線短，因此信號的衰減損耗很小，信號的時間延遲也很短，幾乎察覺不到，能獲得最有效的頻率復用，並且可以實現真正的全球覆蓋。這種移動通信衛星，質量和體積都不大，因此它的研製和生產周期短，研製的費用比大衛星低。像著名的“依星”和“全球星”都是屬於這種系統。在發射低軌小衛星時，一次可以發射數顆衛星。

還有一種就是中軌道的移動通信衛星系統。其軌道高度介於低軌道和地球靜止軌道之間。ICO衛星是一個典型，其軌道高度為1萬千米。

移動通信衛星一般要達到全球覆蓋，只需要3顆衛星就行了，不過南北兩極地區是覆蓋不到的盲區。中軌道的移動通信衛星星座只需要12顆。低軌道的移動通信衛星星座則需要數十顆甚至數百顆，比如，“依星”星座是由66顆衛星組成的。

靜止軌道衛星移動通信系統

衛星通信是地球站之間或太空飛行器與地球站之間利用衛星轉發器進行的無線電通信 ,主要包括衛星固定通信、衛星移動通信、衛星直接廣播和衛星中繼通信四大領域。前三者是地球站之間利用衛星轉發器進行的，後者是太空飛行器與地球站之間利用衛星轉發器進行的。衛星移動通信由於具有覆蓋範圍廣、建站成本和通信成本與距離無關等優點,是實現全球移動通信必不可少的手段，而且特別適合難以鋪設有線通信設施地區的移動通信需求。

80 年代末、90 年代以後，由於光纖通信系統和地面蜂窩移動通信的迅速崛起，衛星通信失去了傳統的國際、國內長途通信和陸地移動通信等主要領地。但進入新世紀以來 ,衛星通信定位更加合理,揚長避短,在與其它通信方式的競爭中仍有了長足的發展。

靜止軌道衛星移動通信系統中, 提供全球覆蓋的有“國際移動衛星”( Inmarsat) 系統, 提供區域覆蓋的亞洲蜂窩衛星( ACeS) 系統 、瑟拉亞衛星( Thuraya)系統、MSAT( 已改稱 SkyTerra) 系統和 TerraStar 系統等。上述系統中波束覆蓋包含中國的有 Inmarsat 、Thuraya 和 ACeS 系統。

Inmarsat 系統是由國際移動衛星公司經營的全球衛星移動通信系統 。自1982 年開始經營以來，該系統衛星已發展到第四代, 且其第五代衛星也已在開發之中。現在國際移動衛星公司已發展成為世界上唯一能為海、陸、空各行業用戶提供全球化、全天候、全方位公眾通信和遇險安全通信服務的企業。目前 Inmarsat 利用 11 顆 GEO 衛星組成的 3 個星座在全球範圍提供衛星移動通信服務, 其中最新的是其 3 顆 Inmarsat -4 衛星。Inmarsat -4 衛星採用了一副能產生多波束的 9 m 直徑的 L 頻段大天線和一台具有信道選擇和波束成形功能的透明彎管式數位訊號處理器( DSP),共有 200 個點波束、19 個寬波束和 1 個全球波束，其點波束提供用戶終端的衛星等效全向輻射功率強度高達 67 dBW 。

亞洲蜂窩衛星( ACeS)系統是由印度尼西亞等國家建立起來的區域性個人衛星移動通信系統，覆蓋東亞、東南亞和南亞地區 , 它的覆蓋面積超過了2.848 ×10⁷ km², 覆蓋 區國家 總人 口約為 30 億。ACeS 系統能夠向地面上固定式 、移動式 、攜帶型和手持式等各類用戶終端提供雙模( 衛星 -GSM900)的話音、傳真、低速數據 、網際網路服務以及區域性漫遊等項業務。ACeS 系統利用一顆 Garuda 衛星 完成覆蓋。Garuda 衛星重4 500 kg , 功率為14 kW , 設計壽命12年，服務區覆蓋整個亞洲。 Garuda 星上裝有兩副12 m直徑的 L 頻段收發大天線，共有 140 個點波束，覆蓋我國約為 45 個點波束 ,其等效全向輻射功率強度高達 73 dBW。該星可同時提供11 000條電話信
道，用戶總容量可達 200 萬，可在星上進行話路的路由和交換。2006 年 9 月 , ACeS 與 Inmarsat 達成合作 , 通過ACeS 的Garuda 1 衛星和 Inmarsat 的 Inmarsat -4 系列衛星提供全球衛星移動通信服務。

Thuraya 系統是一個由總部設在阿聯阿布達比的 Thuraya 衛星通信公司建立的區域性靜止衛星移動通信系統。Thuraya 系統的衛星網路覆蓋包括歐洲 、北非、中非、南非大部、中東、中亞、南亞等 110個國家和地區, 約涵蓋全球 1/3 的區域 , 可以為23億人口提供衛星移動通信服務。 Thuraya 系統終端整合了衛星、GSM 、GPS 3 種功能，向用戶提供語音、簡訊、數據( 上網)、傳真、GPS 定位業務。Thuraya 衛星發射重量5 250 kg，在軌重量3 200 kg，太陽能電池提供 11 ～ 13 kW的功率，星上載有12.25 m口徑衛星天線，可以產生 250 ～ 300 個波束，提供和 GSM 兼容的行動電話業務。移動衛星終端包括手持、車載和固定終端等。 Thuraya 總共可提供13 750條信道，信道頻寬27.7 kHz ,調製方式為 π/4-QPSK，多址方式為 FDMA/TDMA，信道比特速率46 . 8 kbit/s，可以為終端提供 2.4/4.8/9.6 kbit/s 的數據傳輸速率。

TerreStar 公司在 2009 年 7 月成功發射大容量專用靜止軌道移動通信衛星 TerraStar -1,可與WCDMA 、CDMA2000 或者 LTE 等多種新技術體制結合開發終端。TerraStar -1 提供下一代全 IP 衛星網路，覆蓋範圍包括美國、波多黎各和美國維京群島，可提供語音和數據服務。 TerraStar -1 用戶鏈路天線直徑達18 m,採用2 GHz的 S 頻段頻率 ,衛星重6 900 kg，支持與地面蜂窩網中同樣大小的手持機通信。

SkyTerra 公司，原稱 MSV ( Mobile Satellite Ventures)，2010年7月，SkyTerra 又改名為 LightSquared 。
MSV 原來通過MSAT -1 和 MSAT -2 兩顆 GEO 衛星提供衛星行動電話服務。 2010 年 11 月 ,委託波音公司製造的 SkyTerra 1 衛星成功發射 ,該衛星使用波音的 702HP 平台, 重5 360 kg，設計壽命15年。

中軌道衛星移動通信系統

中軌衛星移動系統中最廣為人知的是 Odyssey系統和 ICO 系統, 另外歐空局也 曾設計了一個MAGSS -14 系統 。但由於一些商業原因 , 它們均已被取消或到目前仍未成功運行。新的 O3b 中軌衛星通信系統則試圖在提供衛星寬頻接入的基礎上提供語音通信服務。

Odyssey( 奧德賽) 系統是由 TRW 公司推出的中軌道衛星移動通信系統[ 10] 。Odyssey 系統可以作為
現存陸地蜂窩移動通信系統的補充和擴展，支持動態、可靠、自動、用戶透明的服務。系統最主要的用戶終端是手持機 。系統可以提供各種業務，包括語音 、傳真、數據 、尋呼 、報文 、定位等。手持機的數據速率 可 以 達 到 2.4 kbit/s，還可以提供4.8 ～19.2 kbit/s的數據速率。因與 ICO 系統之間商業上的原因，Odyssey 系統已於1997年12月被取消，而TRW 則成為ICO 的大股東。

ICO( Intermediate Circular Orbit) 全球衛星通信系統是由 ICO 全球通信有限公司經營的。ICO 系統由空間段和地面段組 。空間段是位於中圓軌道的12 顆星,地面段稱為 ICONET。ICO 系統與現有地面固定和移動通信網相聯，構一個完整的天地結合的系統,利多模手機或其它終端實現隨時隨地的通信。ICO 系統的 空間段由 12 顆 處在中等 軌道高度( MEO) 上的衛星組成 , 其中 10 顆是主用衛星，另 2顆為在軌備用衛星。系統採用傾斜圓軌道，軌道高度為10 390 km,軌道傾角 45°,所有衛星分布在相互垂直的 2 根軌道面上,每根軌道面有 1 顆備份衛星。ICO 衛星發射重量 2 600 kg , 設計壽命約 12 年。衛星使用了砷化鎵太陽能電池 ,能在衛星壽命末期提供超過8700 W的功率 。每顆衛星可提供4 500條信道。ICO 衛星採用了獨立的用戶鏈路收發天線。兩副天線安裝在 ICO 衛星星體上，其口徑超過 2 m ,並採用了數字波束形成技術。每副用戶鏈路天線由127 個輻射單元組成，用於產生 163 個收或發點波束。每個 ICO 點波束將為用戶鏈路提供最小8 dB平均超過10 dB的鏈路餘量。

MAGSS-14( Medium Altitude Global Satellite System) 是設計支持手持機和移動終端語音通信的中軌道衛星移動通信系統， 由歐空局開發。MAGSS -14 系統的空間段包括 14 顆中軌道衛星組成的星座,這種設計非常利於系統的階梯型升級，並可完成全球覆蓋，系統在 L 頻段上實現與用戶終端的通信。目前該系統仍未成功部署。

O3b 是一個新的中軌衛星通信系統，通過衛星提供寬頻網路接入，可提供語音通信和數據傳輸服務,由 O3b 網路公司開發。O3b 網路公司是由網際網路巨頭 Google 、媒體巨頭馬隆( John Malone) 旗下的海外有線電視運營商 Liberty Global 和滙豐銀行等組織在 2007 年聯合組建的一家網際網路接入服務公司。O3b 在亞洲、非洲 、拉丁美洲和中東等地區超過150 個國家提供衛星通信服務，為電信運營商和 ISP提供一個光纖速率的衛星骨幹網路。O3b 將成為世界上第一個使用 MEO 衛星的超低延遲、Ka 頻段、擁有光纖速率的衛星網路。O3b 衛星轉發器具有GEO衛星系統3 ～ 4 倍的容量 ,這使得用戶可以享受類似光纖接入的網路頻寬。由於使用 MEO 衛星 ,使得網路往返時延僅約100 ms。O3b 衛星星座計畫在 2012 年部署，將首先發射8 顆衛星組成第一階段的星座， 以後將擴展至16顆衛星。

低軌道衛星移動通信系統

自 20 世紀 90 年代以來，低軌衛星移動通信系統廣受關注，世界各國研發了多個低軌衛星移動通信系統，而 2000 年銥星系統的破產, 導致這股熱潮迅速降溫。幾個典型的低軌衛星移動通信系統包括Iridium、Globalstar、Orbcomm、Teledesic 等，目前成功運行的只有 Iridium、Globalstar、Orbcomm 這 3 個系統。

銥系統是由 66 顆低軌衛星組成的低軌衛星全球移動通信系統，1998 年 11 月開始商業運營，2000年 3 月破產，2001 年新的銥衛星公司成立, 並重新提供通信服務。該系統全球覆蓋包含兩極地區, 星上轉發器採用先進的處理和交換技術，多點波束天線，且有星際鏈路，是最先進的低軌衛星通信系統；其星際鏈路和饋線鏈路為 Ka 頻段，用戶鏈路為 L 頻段，它提供電話、傳真、數據和尋呼等業務。用戶終端有單模 、雙模和三模手機, 車載機和固定終端。新的銥星公司成立後 , 由於得到政府的扶持和美國軍方的大訂單，目前運轉良好。目前銥衛星公司正在積極開發其新的“NEXT”衛星星座計畫。NEXT 是一個對第二代衛星星座的大膽構想。NEXT 沿用現有的 Iridium 星座結構，完成對整個地球的 100 %的覆蓋。設計 81 顆衛星( 66 顆代替現有星座，6 顆在軌備份，9 顆地面備份)。NEXT 將大大提升現有的 Iridium 移動通信服務( 更高的數據速率 、更強的服務和設備，可利用 IP技術的優勢，並與現有設備後向兼容)。NEXT 還可以為商家、政府、科研機構等提供在衛星上放置感測器載荷的服務, 可實現對地球表面和大氣的 7×24小時的實時監控。NEXT 預計在 2017 年完成部署。

全球星系統是由 48 顆低軌衛星組成的全球衛星移動通信系統, 1999 年開始商業運營。衛星採用透明轉發器 、多波束天線,用戶鏈路和饋線鏈路同為VHF 頻段, 向用戶提供尋呼、傳真、短數據和定位等業務。用戶終端有手機 、車載 、機載 、船載等移動終端，以及半固定和固定終端。進入 21 世紀之後 ,Globalstar 的業務發展不太理
想 ,不過 2009 年, Globalstar 成功獲得法國出口信貸機構 Coface 的融資，這將對其以後業務發展提供充足的資金動力。

軌道通信系統( Orbcomm) 是美國 Orbcomm 公司和加拿大 Teleglobe 公司聯合經營的 LEO 衛星移動通信系統，該系統通過 29 顆低軌衛星組成的全球衛星移動通信網路為用戶提供衛星移動通信業務，1997 年開始商業運營。衛星採用處理轉發器、單波束天線，終端為單模手機和尋呼機。目前 ,Orbcomm 利用其低軌衛星提供低速 、低成本、近乎實時的雙向數據傳輸服務。其特有的以M2M ( Machine to Machine) 為中心的網路以較低的成本實現用戶設備的低速連線 ,包括“衛星 M2M” 、“地面M2M”和“雙模式 M2M” ,可以利用衛星和地面蜂窩網路實現資產跟蹤 、管理和遙控。2009 年 9 月, Orbcomm 公司與 Space ExplorationTechnologies( SpaceX) 公司聯合聲明，將發射18 顆第2 代衛星，計畫發射時間在 2010 年至 2014 年之間。

Teledesic系統是由 Teledesic 公司( 1990 年 6 月成立) 發展的低軌道衛星通信系統，它通過低軌衛星為地面衛星終端提供 Internet 接入服務，同時在網路接入的基礎上可實現語音移動通信。Teledesic 系統由Craig McCaw 和 Bill Gates 投資建設，並首先獲得了非GEO 衛星服務的 Ka 頻段的分配。Teledesic 系統最初的目標是利用 900 多顆低軌衛星提供接近光纖質量的網際網路接入服務，並與地面光纖網路實現無縫集成。由於銥星系統失敗的影響，Teledesic 系統已降低了其系統原計畫的規模和複雜度，且該系統至今尚未成功部署。

性能

移動通信衛星的收發天線尺寸和發射功率一般都比較高，並採用雨致衰減小和信號傳輸損耗小的L波段傳輸信號，目的是減小地面用戶終端的尺寸，便於攜帶，保證通信質量。

移動通信衛星不但能夠為大型的移動用戶，如船舶、飛機及車輛等提供通信服務，而且可以使個人的手機直接進行衛星通信，已發射的“依星”和“全球星”就是典型。在特定的情況下，它們體現了其他的通信系統沒有的優越性。比如，去極地的考察人員，用“依星”手機能十分方便地與國內通信，使其它通信手段相形見絀；在印度及我國的台灣發生地震，其它通信手段遭到破壞的情況下，“依星”手機仍然能可靠地工作保證了與外界的通信聯繫。

優點

那么，用戶可以直接收看或收聽衛星轉發的節目嗎？移動通信衛星能夠為用戶直接進行話音通信服務，但不能轉發電視節目。轉發電視節目是由電視直播衛星來完成的。用戶可以直接收看或收聽衛星轉發的節目，但一般只能在固定的地點收看收聽節目。電視直播衛星已成為當代發展的熱點。這種衛星的特點與移動通信衛星大致相似，即高功率發射下行信號，擁有大面積太陽電池陣（保證提供千瓦級以上電源）、高精度軌道控制和天線指向等。這些都是為了減輕地面用戶負擔，使他們的接收終端小型化。換句話說，就是把困難留給衛星，把方便讓給用戶。

當代電視直播衛星採用了數字視頻壓縮技術，因而大大節省了頻頻寬度，提高了傳輸視頻數據的速率。這種採用數字視頻壓縮技術的衛星，可提供上百套電視節目，家庭只需裝一個直徑0.45米的天線和接收解碼器，就能直接在電視機上收看高質量的衛星電視節目。